涂层篷盖布的耐热性研究Yd15330

张小燕 汪进前 盖燕芳 张钟楷 许淑民 浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室，杭州310018

收稿日期：2011-09-20

作者简介：张小燕(1987-)，女，江苏南通人，硕士研究生，主要从事现代纺织技术与产品开发研究。

通讯作者：汪进前，E-mail：wjq@zstu.edu.cn

原载: 浙江理工大学学报,2012/5;332-336

【摘要】对聚丙烯酸酯(PA)、聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)3种不同的涂层篷盖布进行热老化处理，探讨其耐热性能的变化。研究表明：a)随着温度的升高、时间的延长，3种涂层织物的强力均有不同程度的下降，强力下降程度依次为：PVC涂层，PU涂层，PA涂层.b)在175℃条件下，随着时间的延长，3种织物的质量均越来越轻，其中，PA、PU两种涂层篷盖织物的质量变化不太明显，PVC涂层篷盖织物的质量损失较为明显；c)PA、PU涂层篷盖布的耐热性优于PVC涂层篷盖布；d)热处理后，PA、Pu涂层织物表面变得相对光滑平整，PVC涂层织物表面出现微小孔洞，涂层颗粒明显。

【关键词】篷盖布；力学性能；质量损失；热降解；涂层表面形态

【中图分类号】TS106.64 文献标识码：A 文章编号：1673-3851(2012)03-0332-05

0 引 言

篷盖布在产业用纺织品中占有较大的比重，主要应用于铁路、船舶、汽车运输中的货物及港口、码头、露天仓库等储备的物资的遮盖。随着经济的迅速发展和工业化进程的加快，篷盖布品种的多样性和使用的广泛性得以提升，篷盖布逐渐进入社会的各个领域，大量应用于农业、工业、交通运输业等[1]。篷盖布不仅在国内应用广泛，而且也出口到国外。2010年我国篷盖布出口金额达到5 482.3万美元，同比增幅达到43.24%[2]。

篷盖布在使用过程中曝露于大自然环境中，在阳光、水分、空气、热量、应力等的作用下随着时间的延长会发生老化(主要是表面涂层发生老化)，缩短材料的使用寿命[3]。篷盖布经老化后，其性能的变化是人们比较关心的问题。目前，评价涂层篷盖布的老化试验方法主要有两种：自然大气曝露和人工加速老化。

本文通过研究涂层篷盖布热处理前后的力学性能、质量损失、涂层表面形态的变化，来客观评价不同涂层篷盖布的耐热性能，为正确评价涂层篷盖布的耐老化性提供参考。

1 实验

1.1 实验原料

聚丙烯酸酯(PA)、聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)3种涂层篷盖布(浙江东海翔集团有限公司提供)。织物规格如表1所示。

表1 3种试样主要规格参数

试样名称	基布原料	基布组织	厚度／mm	克重／(g/m2 )	经纱／tex	纬纱／tex	经密／(根／10cm)	纬密／(根／10cm)
PA涂层	涤纶低弹丝	平纹	0.11	175	35.7	34.3	250	180
PU涂层	涤纶低弹丝	平纹	0.13	200	35.7	34.3	250	180
PVC涂层	涤纶低弹丝	平纹	0.20	272	35.7	34.3	250	180

注：3种涂层篷盖布的基布相同。

1.2 测试仪器

DHG-914385电热恒温鼓风干燥箱(上海新苗器械制造有限公司)、YG065型织物强力仪(山东莱州电子仪器有限公司)、JSM-5610扫描电子显微镜(日本电子公司)、Pyris-l热重分析仪(美国Perkin-Elmer公司)等。

1.3 热处理

按照FZ／T01008-1991标准，将试样放在DHG-914385型电热恒温鼓风干燥箱中，进行加速热老化处理。为了探讨热老化过程中温度和时间对试样性能的影响，分别选用热处理温度85、125、175℃ ，热处理时间1、3、5、7 d[3]。

1.4 测试方法

1.4.1 力学性能测试

各选取10块试样，在温度(20±2)℃ ，相对湿度62～68 的试验用标准大气下调湿24 h，按照GB／T3923.1-1997及GB／T3917.2-1997标准，采用YG065型电子织物强力仪测试织物的拉伸断裂强力和撕裂强力[4]。

1.4.2 质量损失分析

各选取20块试样，置于标准大气中调湿24 h后在BS110S型电子天秤上称重，记录每块试样的质量；经热处理后，将老化后的试样在标准大气中调湿24 h后称重并记下其质量。

1.4.3 TG热分析

采用Pyris-1热重分析仪测试，微天平灵敏度为0.1 g，温度范围为室温至650℃，升温速率为20℃／min，氮气流量为20 mL／min，每个试样测量3次，取平均值。

1.4.4 SEM分析

对热处理后的涂层篷盖布进行制样并镀金，采用JSM-5610扫描电子显微镜，分辨率为3.0 nm，加速电压为20 kV，观察涂层篷盖布热处理前后的涂层表面形态。

2 结果与分析

2.1 热处理后篷盖布力学性能分析

2.1.1 篷盖布的拉伸性能

从图1中看出，在175℃热处理条件下，随着时间的延长，3种涂层织物的经纬向断裂强力均呈下降趋势。t≤3 d时，3种涂层织物的断裂强力损失较大，t≥3 d后，断裂强力下降趋势趋于平缓。从图2中看出，随着热处理温度的升高，3种涂层织物的经纬向断裂强力均呈下降趋势。当温度高于125℃后，PU涂层织物经纬向断裂强力下降较明显。

图1 175~C热处理后断裂强力与热处理时间的关系

图2 处理1 d后断裂强力与热处理温度的关系

究其原因，在高温下，随着热处理时间的延长，PA、PU涂层中的助剂逐渐挥发，涂层剂对于基布纤维的覆盖程度大大降低，涂层剂部分发生固化，涂层变硬，高分子膜的强度下降[5-6]。对PVC涂层织物而言，聚氯乙烯的热稳定很差，在100℃ 受热就开始分解，释放出HC1气体加速大分子链的交联和链剪切反应[7]，导致聚合物迅速降解。同时当温度介于125~175℃之间时，正处于涤纶的玻璃化温度和软化点温度之间，使得纤维非结晶区内的分子链段能运动，结晶区内的分子链段不能运动，涤纶纱线的力学性能逐步下降[8 ]。

2.1.2 篷盖布的撕裂性能

从图3中看出，在175℃热处理条件下，随着时间的延长，3种涂层织物的经纬向撕裂强力均呈下降趋势。t≤3 d时，3种涂层织物的撕裂强力下降较大，PVC涂层织物的撕裂强力下降尤为明显，t≤1 d时，其经纬向撕裂强力值分别下降了30.62%、33.85%。从图4中看出，随着热处理温度的升高，3种涂层织物的经纬向撕裂强力均呈下降趋势。

究其原因，在高温下，随着热处理时间的延长，PA、PU涂层剂更深地进入涤纶纱线的空隙中，增加了纱线的固结点，纱线和纤维间的摩擦阻力的增加不利于纱线间的滑移，涂层织物撕裂时受力三角区减小，织物中纱线的受力根数减少，从而降低了涂层织物的撕裂强力。对PVC涂层织物而言，随着PVC涂层膜中增塑剂的挥发，产生的白色烟雾(增塑剂颗粒)不能及时排出去，部分增塑剂会从织物表面进入纱线及纱线内纤维间，降低了聚合物大分子

间作用力，提供大分子链段运动空间[7]；同时扩散到织物内的树脂限制了纱线和纤维的移动和变形，因此引起撕裂过程中受力三角区的急剧减小，导致织物撕裂强力明显下降[9]。

从力学性能考虑，3种试样的耐热稳定性依次为：PA涂层，PU 涂层，PVC涂层。由于3种涂层织物的基布一样，在相同的使用条件下，可优先考虑使用PA涂层篷盖布。

图3 175~C热处理后撕裂强力与热处理时间的关系

图4 处理1 d后撕裂强力与热处理温度的关系

2.2 篷盖布质量损失分析

从图5中看出，在175~C条件下，随着受热时间的延长，PVC涂层篷盖布的质量损失较为明显，热处理7 d后，质量损失了22.33％ ；PA、PU两种涂层篷盖布的质量变化不太明显，热处理7d后，质量分别损失了1.375%、0.91%。涂层浆液中含有较多的助剂，在使用过程中，助剂会从织物表面析出，挥发到空气中，而且温度越高，时间越长，挥发越快损失越多。PA、PU两种涂层较薄，涂层时浆液已基本渗透进纱线与纱线之间，因此，在高温下，随着时

间的延长，挥发的是织物中的水分和表面的涂层剂，因此织物质量损失较小；PVC涂层中常用的主要增塑剂是邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，加工聚氯乙烯涂层织物时添加的DOP量相当大，一般在50% 以上[7]。聚氯乙烯涂层织物在热处理时极易挥发，并且产生大量烟雾。温度越高，时间越长，DOP挥发越快、损失越多。随着涂层表面水分及助剂的挥发，涂层颗粒析出，并逐渐脱落。因此PVC涂层织物的

质量损失较为明显。

从质量损失考虑，3种试样的耐热稳定性依次为：PU涂层，PA涂层，PVC涂层。由于3种涂层织物的基布一样，在相同的使用条件下，可优先考虑使用PU涂层篷盖布。

图5 175℃热处理后篷盖布的质量损失变化

2.3 TG热分析

图6是PA、PU、PVC 3种涂层篷盖布的TG对比曲线图。图6中，0～200℃为试样的干燥阶段。这一阶段的试样质量损失较小，主要是水分的蒸发，包括游离水、物理吸附水、分子中的结晶水和一些易挥发物。

图6 涂层篷盖布的TG(DTG)曲线

图6曲线a为PA涂层篷盖布的TG曲线，聚丙烯酸酯在280℃左右开始热分解[5]，聚合物中大分子裂解，生成聚丙烯酸酯短链片段，单体挥发，失重加快。当温度达到400℃后，由于涤纶织物的热降解阶段发生在400～480℃[8]，PA涂层试样急剧失重。聚丙烯酸酯在450℃左右热分解完毕，450-600℃ 阶段的失重主要是涤纶织物及未挥发出去的裂解产物。曲线b为PU涂层篷盖布的TG曲线，聚氨酯在240~270℃开始热分解，聚合物主链上的氨基甲酸基断裂，分解生成异氰酸酯和多元醇，然后进一步分解为胺类，烯烃和CO2。一部分二异氰酸酯产物反应形成二酰亚胺。从340℃开始，二酰亚胺又分解生成异氰酸酯。当温度达到400℃ 左右，聚氨酯已经分解完成[10]，400~600℃ 之间主要是基布及残渣裂解阶段。曲线c为PVC涂层篷盖布的TG曲线，PVC涂层试样的热降解分3个阶段：第1阶段在227.95℃ 时开始失重，失重率达12.06%，PVC在210℃左右时便开始热分解，释放HCl气

体，同时增塑剂DOP挥发；第2失重阶段322.24～465.46℃ ，由于在330℃左右时，PVC大分子链上的多烯烃链段开始碳化[11]，导致大量的HC1气体释放出来，同时基布开始降解；第3阶段当继续升温到465.46～600℃ 时残留在PVC大分子链中的HCl会随着大分子链的断裂而释放出来，最终多烯烃链段完全碳化。

从以上分析可以得出，PVC涂层篷盖布的耐热性较差，这与2.2的实验结果一致。由于3种涂层织物的基布一样，在相同的使用条件下，可优先考虑PA、PU涂层篷盖布。

2.4 SEM分析

图7为3种涂层篷盖布热处理前后涂层面的扫描电镜照片。

图7篷盖布热处理前后涂层面SEM图

从图7(a1、a2)看出，热处理前，PA涂层剂基本覆盖了织物表面，相邻纱线之间紧密粘结在一起，可以看出纱线表面的沟壑。热处理后，涂层膜变薄，涂层剂对于基布的覆盖程度大大降低，纱线表面沟壑减少，出现微量的涂层颗粒，织物表面变得相对平整。

从图7(b1、b2)看出，PU未处理涂层面有细小涂层颗粒，涂层剂基本覆盖了纱线之间的空隙，相邻纱线紧密粘结在一起。热处理后，涂层膜变薄，织物涂层面变得平整、光滑、细腻。

从图7(c1、c2)看出，热处理前，PVC涂层膜均匀覆盖在基布上，织物表面布满了均衡的沟槽，空隙

比较少，表面比较平整光洁。热处理后，表面的沟槽更加显著．涂层面变得不平整,出现粉末状颗粒及细小的孔隙。

PA、PU、PVC3种涂层相比较．P'VC涂层面变化较大，增塑剂等助剂的挥发直接造成涂层剂颗粒剥落，使涂层面出现明显的孔隙。因此．单从表面形态的变化考虑，PVC涂层篷盖布的耐热稳定性最差。

3 结论

a)热处理时间与温度是影响涂层篷盖布力学性能的两大因素。随着热处理温度的升高、时间的延长,PA、PU、PVC 3种篷盖布的强力均有不同程度的下降。其中，PVC涂层织物的强力下降尤为明显，PA涂层织物的强力下降较小。

b)在l75℃下．随着受热时间的延长．3种织物的质量均越来越轻，其中，PA、PU两种涂层篷盖织物的质量变化．不太明显．PVC涂层篷盖织物的质量损失较为明显。

c)PVC涂层篷盖布的耐热稳定性较差，PA、PU涂层篷盖布的热分解温度均高于PVC涂层篷盖布。

d)热处理对于涂层布表面形态有一定的影响：随着热处理温度的升高、时间的延长．PA、PU和PVC涂层剂对基布的覆盖均有不同程度的降低，涂层膜与基布的粘结程度降低．PVC涂层面变化更为显著,涂层面出现粉末状颗粒及细小的孔隙.

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